Xem mẫu
- Ch−¬ng 8
M« h×nh ho¸ c¸c qu¸ tr×nh xãi mßn
8.1 Giíi thiÖu vÒ hÖ thèng xãi mßn bïn c¸t cña c¸c
l−u vùc s«ng nhá ........................................................................................ 481
8.2 M« h×nh ho¸ xãi mßn vïng ®Êt cao .................................................... 493
8.3 ¦íc l−îng xãi mßn b»ng ph−¬ng tr×nh mÊt ®Êt th«ng dông ........... 505
8.4 ¦íc l−îng s¶n l−îng bïn c¸t víi ph−¬ng tr×nh
mÊt ®Êt biÕn ®æi ......................................................................................... 511
8.5 C¸c m« h×nh c¬ b¶n.............................................................................. 512
8.5 C¸c qu¸ tr×nh liªn r·nh ....................................................................... 514
8.6 C¸c qu¸ tr×nh xãi mßn r·nh ................................................................ 530
8.6 C¸c qu¸ tr×nh lßng s«ng ...................................................................... 569
8.7 C¸c qu¸ tr×nh trong ®Ëp d©ng ............................................................ 584
8.8 T−¬ng t¸c gi÷a m« h×nh xãi mßn vµ m« h×nh thñy v¨n ................... 588
8.9 Mét sè vÝ dô m« h×nh xãi mßn ............................................................ 595
Tµi liÖu tham kh¶o .................................................................................... 600
C¸c ký hiÖu ................................................................................................. 611
479
- 480
- M« h×nh ho¸ c¸c qu¸ tr×nh xãi mßn
T¸c gi¶:
G.R Foster, Kü s− thuû lùc, USDA - Phã gi¸o s−, Khoa Kü thuËt
n«ng nghiÖp, §¹i häc Tæng hîp Purdue, T©y Lafayette, Indiana
47907.
8.1 Giíi thiÖu vÒ hÖ thèng xãi mßn bïn c¸t cña c¸c l−u vùc
s«ng nhá
Qu¸ tr×nh xãi mßn vµ l¾ng ®äng do n−íc bao gåm c¸c qu¸ tr×nh ph¸ vì,
vËn chuyÓn, l¾ng ®äng cña c¸c h¹t bïn c¸t do t¸c ®éng cña c¸c t¸c nh©n x©m
thùc vµ t¸c nh©n vËn chuyÓn cña m−a r¬i vµ dßng ch¶y mÆt (ASCE - 1975). Sù
ph¸ vì lµ sù rêi ra tõ khèi ®Êt cña c¸c h¹t ®Êt do t¸c nh©n xãi mßn. Sù vËn
chuyÓn lµ sù cuèn tr«i vµ sù di chuyÓn cña c¸c h¹t bïn c¸t tõ c¸c vïng ®Êt cao
qua s«ng ngßi vµ cuèi cïng cã thÓ ra ®¹i d−¬ng (Holeman, 1968).
Kh«ng ph¶i tÊt c¶ bïn c¸t ®Òu ch¶y ra ®Õn biÓn mµ mét phÇn l¾ng ®äng
trªn c¸c ch©n s−ên, trong c¸c hå chøa n−íc vµ trªn c¸c b·i båi, däc theo ®−êng
di chuyÓn. Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ qu¸ tr×nh bïn c¸t. Mét l−îng bïn c¸t chØ l¾ng
®äng t¹m thêi. Do nh÷ng trËn m−a, ®«i khi sau nhiÒu n¨m bïn c¸t nµy l¹i ®−îc
t¸ch ra khái b·i båi vµ lµm cho nã di chuyÓn xa h¬n däc theo hÖ thèng dßng
ch¶y (Trumble, 1975).
Qóa tr×nh xãi mßn vµ l¾ng ®äng cã thÓ lµ nh÷ng vÊn ®Ò chñ yÕu (ASCE,
1975). Sù xãi mßn lµm gi¶m n¨ng suÊt trång trät. L¾ng ®äng lµm suy tho¸i
chÊt l−îng n−íc vµ cã thÓ mang theo ®Êt cã chøa c¸c hãa chÊt g©y « nhiÔm. Sù
l¾ng ®äng trong kªnh t−íi tiªu, trong lßng s«ng vµ trong hå chøa n−íc, c¸c cöa
s«ng, c¸c c¶ng vµ c¸c c«ng tr×nh vËn chuyÓn n−íc kh¸c lµm gi¶m c«ng suÊt cña
c¸c c«ng tr×nh nµy vµ ®ßi hái chi phÝ cao cho sù vËn chuyÓn.
481
- 8.1.1 C¸c nguån sinh ra vµ tiªu hao bïn c¸t
C¸c nguån sinh th× cung cÊp bïn c¸t vµ c¸c nguån tiªu hao th× gi÷ l¹i
bïn c¸t trong ®ã. ViÖc ph©n lo¹i nguån sinh vµ tiªu hao bïn c¸t sÏ thuËn tiÖn
cho viÖc x¸c ®Þnh vµ ®¸nh gi¸ ph¹m vi xãi mßn vµ l¾ng ®äng vµ còng nh− viÖc
khèng chÕ xãi mßn vµ l¾ng ®äng. C¸c nguån sinh bïn c¸t bao gåm: ®Êt n«ng
nghiÖp, c¸c khu x©y dùng, lµm ®−êng x¸, c¸c khe r¹ch vµ m−¬ng, khai ph¸ ®Êt
rõng, vïng má lé thiªn vµ xãi mßn ®Êt tù nhiªn. C¸c nguån bïn c¸t còng cã thÓ
®−îc ph©n lo¹i, tïy theo lo¹i xãi mßn chiÕm −u thÕ: xãi mßn bÒ mÆt vØa, r·nh,
m−¬ng xãi, xãi mßn lßng s«ng hay sù tr−ît ®Êt (Hutelun Son vµ céng sù, 1976).
Sù xãi mßn vØa lµ sù di chuyÓn cña 1 líp máng c¸c h¹t ®Êt t−¬ng ®èi ®ång nhÊt.
Sù xãi mßn theo r·nh lµ sù xãi mßn trong rÊt nhiÒu r·nh hÑp cã chiÒu réng vµ
chiÒu s©u vµi mm. Khi c¸c r·nh ®ã mµ bÞ ph¸ vì do canh t¸c chóng ®−îc gäi lµ
c¸c m−¬ng xãi. Sù xãi mßn lßng s«ng lµ do dßng ch¶y vµ xãi mßn do tr−ît ®Êt lµ
sù chuyÓn ®éng cña toµn bé khèi ®Êt.
C¸c nguån tiªu hao bïn c¸t ®iÓn h×nh bao gåm: c¸c ch©n s−ên lâm, c¸c
®íi thùc vËt, c¸c b·i båi vµ c¸c khu vùc hå chøa n−íc n¬i diÔn ra sù l¾ng ®äng
do kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña dßng ch¶y gi¶m, kh«ng vËn chuyÓn hÕt ®−îc bïn
c¸t. Bïn c¸t tiªu hao trong c¸c vïng nµy lµm gi¶m tæng l−îng bïn c¸t do vËy
l−îng bïn c¸t cßn l¹i trong l−u vùc s«ng Ýt h¬n l−îng bÞ bµo mßn. Kh¸i niÖm tØ
lÖ vËn chuyÓn vµ c¸c tØ lÖ vËn chuyÓn nhá h¬n 1, ph¶n ¸nh ¶nh h−ëng cña c¸c
nguån tiªu hao bïn c¸t nµy.
Qu¸ tr×nh xãi mßn-l¾ng ®äng ë ch©n s−ên hay ë h¹ l−u cã quan hÖ trùc
tiÕp víi nhau, tïy thuéc l−îng bïn c¸t ®−îc ®Õn tõ phÝa trªn s−ên vµ tõ vïng
th−îng l−u. Sù gi¶m xuèng hay t¨ng lªn dßng ch¶y tõ nh÷ng khu ®Êt cao sÏ
t−¬ng øng víi sù t¨ng hay gi¶m kh¶ n¨ng bµo mßn vµ vËn chuyÓn trong lßng
s«ng. VÝ dô: dßng ch¶y æn ®Þnh cã thÓ trë thµnh n¬i chñ yÕu t¹o ra bïn c¸t
trong khi ë n¬i ®« thÞ ph¸t triÓn m¹nh trªn th−îng l−u th× sÏ lµm dßng ch¶y
t¨ng (Robinson - 1976)
S¶n l−îng bïn c¸t cã liªn quan trùc tiÕp víi l−îng bïn c¸t t¹o ra trªn
vïng ®Êt cao, ®èi víi 1 hÖ thèng lµ c©n b»ng. Tuy nhiªn viÖc khèng chÕ xãi mßn
vïng ®Êt kh«ng ph¶i lu«n lµm gi¶m ngay s¶n l−îng bïn c¸t. Thay cho bïn c¸t
482
- ®Õn tõ vïng ®Êt cao th× xãi mßn dßng ch¶y trong lßng s«ng t¨ng. NÕu bïn c¸t
lµ cã s½n tõ sù l¾ng ®äng tr−íc ®ã hay tõ c¸c biªn cña s«ng cã thÓ xãi, s¶n
l−îng bïn c¸t cã thÓ tiÕp tôc t¨ng cao trong vµi n¨m tr−íc khi hÖ thèng thÝch
øng vµ ®iÒu chØnh l¹i (Trimble, 1975).
Do ®ã −íc l−îng chÝnh x¸c cña s¶n l−îng bïn c¸t vÉn cÇn quan t©m ®Õn
toµn bé hÖ thèng xãi mßn bïn c¸t trªn l−u vùc s«ng. Nguån sinh vµ tiªu hao
bïn c¸t chñ yÕu ph¶i ®−îc x¸c ®Þnh vµ lÞch sö xãi mßn bïn c¸t l−u vùc s«ng
®−îc x¸c ®Þnh. Mét gi¶ thiÕt vÒ c©n b»ng lßng s«ng cÇn ®−îc kiÓm nghiÖm mét
c¸ch cÈn thËn v× hÇu hÕt c¸c qu¸ tr×nh lßng s«ng lµ qu¸ tr×nh ®éng lùc häc, ®«i
khi cã sù trÔ thêi gian ®Õn vµi thËp kû.
8.1.2 Thñy v¨n häc
C¸c qu¸ tr×nh thñy v¨n cña m−a vµ dßng ch¶y g©y ra c¸c qu¸ tr×nh xãi
mßn vµ bïn c¸t. V× thÕ c¸c nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn m−a hay dßng ch¶y sÏ ¶nh
h−ëng trùc tiÕp ®Õn sù xãi mßn vµ bïn c¸t. Do vËy bÊt kú sù ph©n tÝch nµo vÒ
qu¸ tr×nh xãi mßn, vËn chuyÓn bïn c¸t hay s¶n l−îng bïn c¸t ®Òu cÇn quan
t©m ®Õn thñy v¨n häc.
VÒ mÆt thñy v¨n häc, mét l−u vùc s«ng cã thÓ ®−îc kh¸i niÖm hãa khi cã
c¸c thµnh phÇn dßng ch¶y trµn, dßng ch¶y trong kªnh vµ dßng ch¶y s¸t mÆt,
trong ®ã dßng ch¶y trµn vµ dßng ch¶y trong s«ng cã liªn quan trùc tiÕp ®Õn qu¸
tr×nh xãi mßn vµ l¾ng ®äng. MÆc dï dßng ch¶y trµn lu«n lu«n ®−îc ph©n tÝch
nh− lµ dßng ch¶y trªn mÆt réng nh−ng th«ng th−êng nã tËp trung trong c¸c
kªnh nhá, cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc (Foster, 1971). BÊt kú mét sù xãi mßn nµo t¹o
ra bëi dßng ch¶y trong c¸c kªnh nhá nµy ®Òu lµ sù xãi mßn r·nh. Sù xãi mßn
trong vïng gi÷a c¸c r·nh lµ sù xãi mßn “liªn r·nh” (interrill) (Meyer vµ céng sù
1975). C¶ sù xãi mßn r·nh vµ xãi mßn liªn r·nh ®Òu ®−îc xem lµ c¸c qu¸ tr×nh
dßng ch¶y mÆt, vµ gäi lµ sù xãi mßn vïng ®Êt cao, lµ thuËt ng÷ phï hîp víi
phÇn th¶o luËn nµy.
N¬i cã dßng ch¶y kh«ng thÓ xÐt vÒ mÆt thñy v¨n häc hay thñy lùc häc
nh− lµ dßng ch¶y trµn th× ®−îc coi lµ dßng ch¶y trong kªnh (dßng ch¶y lßng
s«ng). Sù xãi mßn x¶y ra trong dßng ch¶y lßng s«ng ®−îc ®Þnh nghÜa vµ ph©n
tÝch nh− dßng ch¶y tËp trung, m−¬ng xãi hay sù xãi mßn dßng ch¶y trong kªnh.
483
- C¸c r·nh th−êng ®−îc ®Þnh nghÜa nh− lµ c¸c kªnh nhá dÔ bÞ xãi mßn, nã
cã thÓ bÞ ph¸ hñy do canh t¸c (Hutchinson vµ céng sù 1976). Ngoµi ra ®é s©u cã
thÓ ®−îc sö dông nh− lµ mét tiªu chuÈn, vÝ dô nh−: r·nh trë thµnh m−¬ng xãi
nÕu ®é s©u cña nã > 300mm. Sù ph©n biÖt r·nh vµ m−¬ng dùa vµo ®é s©u gióp
kh¶o s¸t tèt sù xãi mßn bëi v× nhµ kh¶o s¸t thùc ®Þa kh«ng ®−îc ®ßi hái ph¶i sö
dông viÖc ®¸nh gi¸ ®Ó quyÕt ®Þnh liÖu mét r·nh cã ph¶i lµ m−¬ng haykh«ng.
Víi môc ®Ých lµm m« h×nh, c¸c ®Æc tr−ng dßng ch¶y ®−îc chø kh«ng ph¶i lµ ®é
s©u hay ®é réng m−¬ng quyÕt ®Þnh mét m¹ng l−íi kªnh lµ c¸c r·nh hay c¸c
m−¬ng. C¸c r·nh th−êng ngô ý ®Õn mét sè lín c¸c sù tËp trung dßng ch¶y nhá
®−îc ph©n bè ®ång ®Òu trªn mét vïng, tr¸i l¹i sè l−îng c¸c m−¬ng hay kªnh
th−êng rÊt Ýt.
§«i khi ë c¸c c¸nh ®ång, ®Þa h×nh ®· tËp trugn c¸c dßng ch¶y trµn l¹i vµ
sù xãi mßn cã thÓ x¶y ra nghiªm träng nÕu ®Êt kh«ng ®−îc b¶o vÖ. NÕu l−u vùc
s«ng ®−îc ph©n tÝch theo kÝch th−íc khu vùc chøa dßng ch¶y tËp trung, sù xãi
mßn nµy cã thÓ ®−îc ph©n tÝch nh− lµ sù xãi mßn trong kªnh. NÕu l−u vùc s«ng
®−îc ph©n tÝch lín h¬n nhiÒu vµ nguån sinh bïn c¸t nµy nhá trong mèi quan
hÖ víi c¸c nguån kh¸c th× tèt h¬n lµ xem xÐt nã nh− lµ xãi mßn r·nh. Nh− vËy
sù kh¸c biÖt gi÷a sù xãi mßn r·nh vµ sù xãi mßn kªnh lµ nh÷ng vÊn ®Ò mµ c¸c
nhµ m« h×nh cÇn ph¶i quyÕt ®Þnh tïy theo tõng tr−êng hîp.
8.1.2 C¸c ®Æc ®iÓm xãi mßn – l¾ng ®äng cña c¸c l−u vùc nhá
Mét l−u vùc nhá tiªu biÓu vµ c¸c thµnh phÇn mµ khi x©y dùng m« h×nh
ph©n tÝch cã thÓ liªn quan ®Õn, tïy thuéc vµo øng dông cña nã vµ chuçi tõ mét
vïng ®Êt cã mÆt c¾t ®ång nhÊt tíi vïng cã c¸c ®o¹n dßng ch¶y trµn phøc t¹p, cã
nhiÒu kªnh vµ sù båi tô. TÇm quan träng cña c¸c ®Æc ®iÓm riªng phô thuéc vµo
sù tån t¹i hay kh«ng tån t¹i cña chóng vµ møc ®é g©y ¶nh h−ëng cña chóng tíi
qu¸ tr×nh xãi mßn vµ bïn c¸t. D−íi ®©y ®−a ra 4 vÝ dô minh häa.
1. Sù xãi mßn trªn mét phÉu diÖn ®Êt ®¬n gi¶n
Mét phÉu diÖn ®Êt ®¬n gi¶n ®−îc chän tõ mét vïng ®Ó −íc l−îng sù xãi
mßn cho mét diÖn tÝch tíi h¹n. Mét kÕ ho¹ch b¶o vÖ cho mét vïng cã thÓ dùa
trªn c¬ së −íc l−îng xãi mßn cho mÆt c¾t nµy. Sù ph©n tÝch chØ liªn quan ®Õn
484
- mÆt c¾t ®· chän vµ qu¸ tr×nh xãi mßn dßng ch¶y trµn. MÆt c¾t ®¬n gi¶n nµy
còng cã thÓ lµ mét bê ®ª.
2. S¶n l−îng bïn c¸t tõ 1 vïng n«ng nghiÖp tiªu biÓu
Sù −íc l−îng s¶n l−îng bïn c¸t tõ mét vïng ®Êt n«ng nghiÖp kh«ng ®−îc
l¾p ®Æt c¬ cÊu b¶o vÖ ®−îc ®Ò nghÞ khi lùa chän c¸ch qu¶n lý ®Ó khèng chÕ
kiÓm tra sù vËn chuyÓn bïn c¸t tõ vïng ®ã. C¸c ®Êt ®ai cã thÓ thay ®æi trªn
mét l−u vùc nh− lµ thay ®æi vÒ ®é dèc vµ chiÒu dµi dèc. Mïa mµng vµ viÖc qu¶n
lý trªn l−u vùc còng cã thÓ kh¸c nhau. Sù xãi mßn vïng ®Êt cao x¶y ra hÇu nh−
trªn toµn vïng. Ngoµi ra, ®Þa h×nh cña vïng nµy, gièng nh− ®Þa h×nh cña hÇu
hÕt c¸c vïng kh¸c, lµ nguyªn nh©n cña sù tËp trung vµo c¸c dßng ch¶y vµ cã
thÓ réng 1 - 2m. Trõ khi ®Êt ®ai trong c¸c l−u vùc tËp trung dßng ch¶y nµy
®−îc b¶o vÖ, th× sù xãi mßn nghiªm träng cã thÓ x¶y ra.
Gièng nh− hÇu hÕt c¸c vïng, vïng nµy còng cã th¶m thùc vËt dµy ®Æc
bao phñ xung quanh lµm cho dßng ch¶y chËm l¹i tr−íc khi ra khái l−u vùc
hoÆc dßng ch¶y cã thÓ ch¶y qua cèng ngÇm d−íi mét con ®−êng khi nã ra khái
l−u vùc. BÊt cø dÆc tr−ng nµo mµ cã thÓ hoÆc th−êng xuyªn t¸c ®éng ®Õn viÖc
kh«ng chÕ dßng ch¶y mµ lµm ng−ng trÖ dßng th× ®Òu g©y nªn hiÖn t−îng l¾ng
®äng ®¸ng kÓ cña bïn c¸t.
3. S¶n l−îng bïn c¸t tõ vïng cã c¸c c«ng tr×nh b¶o vÖ
Mét ®èi t−îng cña kÕ ho¹ch b¶o tån tèt lµ ®Ó gi¶m sù xãi mßn vµ s¶n
l−îng bïn c¸t trong thùc tiÔn lµ t¹o c¸c thÒm, th¶m cá, vµ ng¨n dßng ch¶y còng
nh− lµ c¸c biÖn ph¸p canh t¸c bÒn v÷ng. Xãi mßn r·nh vµ liªn r·nh xuÊt hiÖn
trªn vïng nµy nh− ®· thÊy ë c¸c vÝ dô tr−íc ®©y. Khi dßng ch¶y trµn ch¶y ®Õn
thÒm kªnh, nã trë thµnh dßng ch¶y tËp trung vµ cã thÓ cã hoÆc kh«ng lµm bïn
c¸t l¾ng ®äng tïy thuéc vµo c¸c nh©n tè kh¸c nhau nh−: tèc ®é bïn c¸t trong
dßng n−íc ®Õn tõ sù xãi mßn vïng ®Êt cao, l−u l−îng, vµ ®é dèc thÒm kªnh.
Th−êng th× c¸c thÒm trèng khi vµo c¸c cèng dÉn n−íc, tïy thuéc vµo ®é
dèc, thùc vËt bao phñ, dßng n−íc ®Õn vµ l−îng bïn c¸t cña dßng n−íc ®ã mµ
bïn c¸t cã thÓ hoÆc kh«ng tÝch tô trong cèng dÉn n−íc. Cuèi cïng dßng ch¶y tõ
cèng dÉn n−íc cã thÓ cã hoÆc cã thÓ kh«ng ch¶y qua mét thiÕt bÞ kiÓm tra tr−íc
khi ch¶y ra khái khu vùc.
485
- NÕu dßng ch¶y xuyªn qua chç l¸t g¹ch nh− mét thÒm ng¨n n−íc th× qu¸
tr×nh l¾ng ®äng th−êng x¶y ra. Tuy nhiªn, l¾ng ®äng tïy thuéc vµo sè l−îng c¸c
nh©n tè (c¸c nh©n tè bao gåm): ®é dÇy líp båi ®¾p, kÝch th−íc bïn c¸t vµ thêi
gian ng¨n chÆn.
4. L−u vùc s«ng phøc t¹p
Mét l−u vùc s«ng phøc t¹p cã tÊt c¶ c¸c ®Æc ®iÓm trong 3 vÝ dô trªn, x¶y
ra trªn nhiÒu vïng cña l−u vùc s«ng, vµ thªm vµo ®ã nã cßn cã c¸c m−¬ng xãi,
vµ dßng ch¶y trong c¸c kªnh x¸c ®Þnh. Sù ph¶n øng cña c¸c m−¬ng vµ kªnh
liªn quan trùc tiÕp tíi l−îng ®−a vµo tõ th−îng nguån vµ khu vùc phÝa trªn
s−ên. NÕu l−îng bïn c¸t ®Õn h¬n kh¶ n¨ng vËn chuyÓn trong kªnh, sù l¾ng
®äng x¶y ra vµ kªnh ®−îc båi ®¾p. Ng−îc l¹i nÕu l−îng bïn c¸t ®Õn nhá h¬n
kh¶ n¨ng vËn chuyÓn, c¸c kªnh cã kh¶ n¨ng bÞ bµo mßn.
8.1.3 Sù xãi mßn vïng ®Êt cao
1. Kh¸i niÖm c¬ b¶n
Sù bãc t¸ch, vËn chuyÓn vµ l¾ng ®äng lµ c¸c qu¸ tr×nh c¬ b¶n x¶y ra trªn
c¸c vïng ®Êt cao. Sù bãc t¸ch x¶y ra khi cã t¸c ®éng m¹nh cña søc xãi cña h¹t
m−a hay dßng ch¶y m¹nh v−ît qu¸ søc chÞu ®ùng cña ®Êt g©y xãi mßn. Sù vËn
chuyÓn cña c¸c h¹t ®· ®−îc t¸ch khái khèi ®Êt do c¸c giät m−a vµ dßng ch¶y.
Sù l¾ng ®äng x¶y ra khi träng t¶i bïn c¸t cña lo¹i h¹t mµ dßng ch¶y mang theo
v−ît qu¸ kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña nã. TÝnh t−¬ng ®èi quan träng cña c¸c qu¸
tr×nh c¬ b¶n nµy tïy thuéc vµo n¬i mµ c¸c qu¸ tr×nh nµy x¶y ra, trong r·nh
hay trªn c¸c vïng liªn r·nh vµ trªn c¸c møc thay ®æi sù ®iÒu tiÕt.
Sù xãi mßn trªn c¸c vïng liªn r·nh thùc chÊt lµ ®éc lËp víi sù xãi mßn
trong c¸c r·nh, nh−ng sù xãi mßn trong r·nh phô thuéc nhiÒu vµo bïn c¸t ®−a
®Õn tõ c¸c vïng liªn r·nh. NÕu bïn c¸t trong dßng ch¶y ®Õn tõ vïng liªn r·nh
v−ît qu¸ kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña dßng ch¶y cña c¸c r·nh th× sù l¾ng ®äng
x¶y ra. NÕu l−îng bïn c¸t ®Õn tõ c¸c khu vùc liªn r·nh nhá h¬n kh¶ n¨ng vËn
chuyÓn cña dßng ch¶y cña c¸c r·nh vµ nÕu sù xãi mßn cña dßng ch¶y v−ît qu¸
søc chÞu ®ùng cña ®Êt trong c¸c r·nh dÉn ®Õn sù bãc t¸ch do dßng ch¶y vµ sù
xãi mßn r·nh x¶y ra.
486
- HÇu hÕt sù chuyÓn ®éng ë ch©n s−ên cña bïn c¸t vïng ®Êt cao lµ do
dßng ch¶y trong c¸c r·nh. MÆc dï kh¶ n¨ng vËn chuyÓn v−ît qu¸ cã thÓ tån t¹i
trong c¸c vïng liªn r·nh nh−ng kh¶ n¨ng vËn chuyÓn nµy kh«ng lµm t¨ng
thªm kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña dßng ch¶y trong c¸c r·nh. §iÒu nµy rÊt nhá
nh−ng lµ ®iÓm chñ yÕu trong viÖc sö dông sè liÖu tõ c¸c diÖn tÝch thùc nghiÖm
nhá (kho¶ng 1m x 1m) ®Ó −íc l−îng c¸c gi¸ trÞ tham sè cho c¸c m« h×nh xãi
mßn.
Ng−îc l¹i, kh¶ n¨ng vËn chuyÓn v−ît qu¸ trong c¸c r·nh kh«ng cã s½n
®Ó vËn chuyÓn bïn c¸t bÞ bãc t¸ch bëi t¸c ®éng cña h¹t m−a lªn c¸c vïng liªn
r·nh. ë hÇu hÕt c¸c ®iÓm sù xãi mßn vØa vµ sù xãi mßn liªn r·nh cã t¸c ®éng
nh− nhau. Kh«ng gièng nh− sù xãi mßn m−¬ng, lµ giai ®o¹n nghiªm träng nhÊt
cña sù xãi mßn sau sù xãi mßn r·nh, sù xãi mßn liªn r·nh vµ sù xãi mßn r·nh
x¶y ra trong cïng 1 giai ®o¹n cña sù xãi mßn. Sù xãi mßn vØa ®«i khi ®−îc ph©n
lo¹i kh«ng phï hîp nh− lµ giai ®o¹n Ýt nghiªm träng h¬n sù xãi mßn r·nh.
2. C¸c nh©n tè chÝnh ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh xãi mßn vïng ®Êt cao
Sù t¸ch rêi cña c¸c h¹t ®Êt lµ mét hµm cña c¸c lùc xãi cña h¹t m−a t¸c
®éng vµ n−íc ch¶y, kh¶ n¨ng dÔ bÞ ph¸ vì cña ®Êt, sù cã mÆt cña c¸c vËt chÊt
lµm gi¶m lùc xãi vµ cÊu tróc cña ®Êt mµ lµm cho nã Ýt bÞ xãi mßn h¬n. Sù vËn
chuyÓn lµ mét hµm c¬ b¶n cña c¸c lùc vËn chuyÓn cña c¸c nh©n tè vËn chuyÓn,
kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña c¸c h¹t ®Êt ®· t¸ch rêi, vµ sù cã mÆt cña c¸c vËt chÊt
mµ cã thÓ lµm gi¶m lùc vËn chuyÓn.
Bªn c¹nh ®ã kh¶ n¨ng t¸ch rêi hay kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cã thÓ h¹n chÕ
sù xãi mßn vµ tæng l−îng bïn c¸t t¹i mét vÞ trÝ trªn s−ên dèc nh− h×nh 8.1
(Ellision, 1947, Meyr vµ Wishmeier, 1969).
T¹i mét vÞ trÝ x¸c ®Þnh trªn s−ên dèc, nÕu tæng l−îng bïn c¸t s½n cã cho
vËn chuyÓn cã do qu¸ tr×nh t¸ch rêi mµ nhá h¬n kh¶ n¨ng vËn chuyÓn, th× t¶i
träng bïn c¸t di chuyÓn tíi ch©n s−ên sÏ lµ tæng l−îng bïn c¸t t¸ch rêi s½n cã
cho vËn chuyÓn. Ng−îc l¹i, nÕu bïn c¸t cã s½n v−ît qu¸ kh¶ n¨ng vËn chuyÓn,
sù l¾ng ®äng x¶y ra vµ kh¶ n¨ng vËn chuyÓn sÏ khèng chÕ t¶i träng bïn c¸t.
487
- Bïn c¸t trong dßng ch¶y tõ
phÝa trªn s−ên
Bïn c¸t t¸ch rêi do t¸c
®éng cña h¹t m−a vµ
Kh¶ n¨ng vËn chuyÓn
dßng ch¶y
bïn c¸t (chñ yÕu do dßng
ch¶y t¨ng c−êng thªm do
t¸c ®éng cña h¹t m−a)
Bïn c¸t s½n cã cho
vËn chuyÓn
Lùc nµo Ýt h¬n
Bïn c¸t ®−îc dßng ch¶y ®Ó l¹i
trong ®o¹n s«ng ®ã
H×nh 8.1 T−¬ng t¸c cña qu¸ tr×nh xãi ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh trªn mét ®o¹n cÊu tróc ®Êt tiªu
biÓu
a. Thñy v¨n
M−a vµ dßng ch¶y cung cÊp n¨ng l−îng ®Çu vµo chÝnh cho qu¸ tr×nh xãi
mßn. Mét m« h×nh thñy v¨n häc dßng ch¶y ®−îc thõa nhËn lµ s½n cã ®Ó tÝnh
to¸n c¸c ®Çu vµo thñy v¨n. Sau ®ã sÏ biÓu diÔn c¸c thµnh phÇn xãi mßn qua c¸c
®Æc tr−ng m−a vµ dßng ch¶y.
b. §Þa h×nh
Sù xãi mßn lµ 1 hµm cña: chiÒu dµi dèc, ®é dèc vµ h×nh d¹ng. VÒ c¬ b¶n:
c¸c nh©n tè nµy lµm biÕn ®æi n¨ng l−îng cña c¸c ®Çu vµo thñy v¨n.
c. TÝnh dÔ xãi mßn cña ®Êt
488
- Mét sè lo¹i ®Êt tù nhiªn dÔ bÞ xãi mßn h¬n c¸c lo¹i ®Êt kh¸c (Wischmeier
vµ Mannering, 1909). Kh¶ n¨ng bÞ ph¸ vì cña ®Êt do t¸c ®éng cña h¹t m−a
kh¸c víi kh¶ n¨ng bÞ ph¸ vì cña nã do dßng ch¶y (Meyer vµ céng sù 1975b).
C¸c kÕt h¹t míi bÞ l¾ng ®äng d−êng nh− dÔ bÞ xãi mßn h¬n ®Êt tr¬ ®Ó lÆp l¹i
c¸c qu¸ tr×nh thÊm −ít, hong kh« vµ bÞ nÐn chÆt. Kh¶ n¨ng xãi mßn cã thÓ
gi¶m nhiÒu nÕu thùc hiÖn qu¶n lý ®Êt tèt. Ng−îc l¹i, nã cã thÓ t¨ng do sù xãi
mßn lµm di chuyÓn ®Êt bÒ mÆt vµ sù canh t¸c lµm cho ®Êt s¸t mÆt dÔ bÞ xãi
mßn h¬n. Sù canh t¸c liªn tôc lµm ph¸ vì cÊu tróc ®Êt, lµm c¹n kiÖt hµm l−îng
chÊt h÷u c¬ vµ v× thÕ lµm t¨ng kh¶ n¨ng xãi mßn.
d. Kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña ®Êt
C¸c h¹t ®Êt rêi r¹c cã thÓ ®−îc vËn chuyÓn dÔ dµng. §Êt bÞ xãi mßn
thµnh c¸c h¹t c¬ b¶n (c¸t, bïn vµ sÐt) vµ c¸c kÕt h¹t (tæ hîp cña c¸c h¹t c¬
b¶n). KÝch th−íc cña c¸c kÕt h¹t trong kho¶ng tõ 2µm tíi 500µm víi tØ träng
t−¬ng ®èi kho¶ng 1,8 (eg; log), 1964, Moldenhauer vµ Kosueara, 1968). Bïn c¸t
®−îc t¹o ra bëi sù xãi mßn vïng ®Êt cao th−êng lµ hçn hîp c¸c lo¹i h¹t nµy.
Nh−ng c¸c tØ lÖ lµ c¸c hµm cña c¸c ®Æc tr−ng ®Êt, cña tØ lÖ gi÷a bïn c¸t ®Õn tõ
r·nh víi bïn c¸t ®Õn tõ vïng liªn r·nh vµ sù ph©n lo¹i tõ sù l¾ng ®äng phÝa
trªn s−ên.
e. Líp phñ
Líp phñ bao gåm: T¸n l¸ thùc vËt, th¶m môc, x¸c thùc vËt hay c¸c thùc
vËt trång dµy ®Æc ë chç tiÕp xóc trùc tiÕp víi bÒ mÆt ®Êt cã t¸c ®éng tíi sù xãi
mßn lín h¬n bÊt kú mét nh©n tè ®¬n nµo kh¸c. T¸n c©y ng¨n c¸c h¹t m−a vµ
nÕu nã che kÝn mÆt ®Êt, n−íc giät xuèng tõ c¸c l¸ c©y cã Ýt n¨ng l−îng h¬n rÊt
nhiÒu so víi c¸c giät m−a kh«ng bÞ ch¾n (Wischmeier, 1975). Tuy nhiªn, nhiÒu
t¸n c©y cã nh÷ng chç hë ®Ó cho giät m−a r¬i th¼ng xuèng bÒ mÆt ®Êt vµ ph¸ vì
c¸c h¹t ®Êt. VËt chÊt tiÕp xóc bÒ mÆt ®Êt cã hiÖu lùc lµm gi¶m sù xãi mßn so
víi mét t¸n che. N¬i mµ bÒ mÆt ®Êt ®−îc che phñ kh«ng x¶y ra sù ph¸ vì bëi
giät m−a bëi v× kh«ng cã kho¶ng c¸ch r¬i cho c¸c h¹t n−íc ®Ó thu ®−îc n¨ng
l−îng.
Ngoµi ra vËt chÊt ®ã lµm gi¶m tèc ®é cña dßng ch¶y, lµm t¨ng ®é s©u
dßng ch¶y. Sù t¨ng ®é s©u dßng ch¶y lµm gi¶m sù ph¸ vì do lµm gi¶m t¸c ®éng
489
- cña c¸c giät m−a vµ lµm gi¶m c¸c lùc t¸c dông thñy ®éng lùc häc cña chóng
(Metchler vµ Joung, 1975).
Líp phñ tiÕp xóc bÒ mÆt ®Êt còng lµm gi¶m kh¶ n¨ng xãi mßn cña dßng
ch¶y vµ c¸c lùc vËn chuyÓn, do ®ã lµm gi¶m lín sù xãi mßn liªn r·nh. C¸c th¶m
cá vµ th¶m môc dµy cã thÓ g©y ra sù l¾ng ®äng vµ läc bïn c¸t tõ dßng ch¶y.
f. C¸c thµnh phÇn cßn l¹i
C¸c thµnh phÇn r¸c c©y n«ng nghiÖp mçi n¨m, t¹o thµnh vµ duy tr× hµm
l−îng thµnh phÇn chÊt h÷u cã cña ®Êt do ®ã gióp cho viÖc khèng chÕ sù mÊt
®Êt (Wischmeier vµ smith, 1978). Nh÷ng phÇn ®−îc che phñ cã vai trß gièng
nh− sù t¸c ®éng lªn sù xãi mßn liªn r·nh ®−îc bá qua, mÆc dï c¶ sù xãi mßn
liªn r·nh vµ xãi mßn liªn r·nh ®Òu gi¶m nhiÒu lÇn do c¸c phÇn che phñ nµy bÞ
ph¬i ra. Qua nhiÒu n¨m, sù ®iÒu chØnh cã thÓ trë thµnh cèt yÕu, nh− sù ¶nh
h−ëng cña r×a sa m¹c.
g. PhÇn ®Êt sö dông cßn l¹i
Sù xãi mßn t¹i mét thêi ®iÓm nhÊt ®Þnh tïy thuéc vµo lÞch sö qu¶n lý
tr−íc ®ã. (Wischmeier, 1960). Mét vïng míi cµy bõa th× kh¶ n¨ng bÞ xãi mßn Ýt
h¬n nhiÒu so víi vïng cµy bõa liªn tôc. Bé rÔ tèt vµ sù c¶i t¹o cÊu tróc ®Êt ®ång
cá ®Æc biÖt ¶nh h−ëng tíi sù duy tr× tèc ®é thÊm cao, b¶o vÖ ®Êt, chèng l¹i c¸c
lùc xãi mßn vµ lµm gi¶m kh¶ n¨ng dÔ bÞ xãi mßn cña ®Êt. Canh t¸c liªn tôc
trong 2-3 n¨m, c¸c ¶nh h−ëng nµy kh«ng cßn n÷a (Wishmeier vµ Smith 1978)
h. Nh÷ng ¶nh h−ëng s¸t mÆt
C¸c rÔ c©y, ®Æc biÖt lµ bé rÔ cá vµ c¸c c©y xanh, cã t¸c dông gi÷ ®Êt vµ
lµm t¨ng kh¶ n¨ng thÊm. Mét bé rÔ cá ph¸t triÓn m¹nh cã thÓ lµm gi¶m 75%
sù xãi mßn (Whishmeier 1975)
i. Sù canh t¸c
Canh t¸c ®«i khi lµ mét c¬ chÕ ph¸ vì, nã t¹o ra mét nguån cung cÊp liªn
tôc c¸c thÓ rêi r¹c (c¸c kÕt h¹t rêi r¹c) sù canh t¸c d−êng nh− lµm t¨ng sù xãi
mßn r·nh nhiÒu h¬n lµ t¨ng xãi mßn liªn r·nh. LÆp l¹i qu¸ tr×nh thÊm −ít,
hong kh« vµ nÐn chÆt do giao th«ng ®i l¹i lµm liªn kÕt c¸c thÓ (kÕt h¹t) rêi r¹c
vµ ®Êt trë nªn Ýt bÞ xãi mßn h¬n. §Êt kh«ng canh t¸c sau 6 n¨m - kh¶ n¨ng bÞ
490
- xãi mßn chØ = 40% kh¶ n¨ng bÞ xãi mßn ngay sau khi canh t¸c lÇn cuèi cïng
(Wishmeier, 1975)
Ngay sau khi canh t¸c, sù xãi mßn liªn r·nh cã thÓ lín. Do c¸c qu¸ tr×nh
xãi mßn, ®¸y cña c¸c r·nh cã thÓ ®¹t tíi ®¸y cña líp kh«ng ®−îc cµy xíi, ë ®ã
®Êt t−¬ng ®èi khã bÞ xãi mßn. V× vËy tèc ®é xãi mßn gi¶m víi bÊt kú sù xãi mßn
tiÕp theo nµo vµ lµ 1 hµm cña ph¹m vi xãi mßn tr−íc ®ã.
j. §é nh¸m
§é nh¸m, hoÆc lµ cã d¹ng nh÷ng c¸i tói hoÆc nh÷ng chç gå ghÒ mµ dù
tr÷ n−íc trong nh÷ng vòng rÊt nhá, lµm gi¶m kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña dßng
ch¶y ®i rÊt nhiÒu vµ cã thÓ g©y ra sù l¾ng ®äng ®¸ng kÓ. Do nh÷ng vïng dù tr÷
nµy ®−îc lÊp ®Çy sù ph©n phèi bïn c¸t t¨ng nhanh.
k. Nh÷ng vÕt cµy xíi
Nh÷ng lèi cµy th¼ng däc mét qu¶ ®åi th«ng th−êng lµm t¨ng xãi mßn
r·nh trong khi nh÷ng luèng cµy trªn ®−êng vßng quanh ngang qu¶ ®åi th−êng
lµm gi¶m sù xãi mßn r·nh (Wishmeier vµ Smith 1978). Dßng ch¶y trong luèng
cµy vßng quanh ngang qua qu¶ ®åi lµm gi¶m nhiÒu sù ¶nh h−ëng cña sù thay
®æi dßng ch¶y (gradien dßng ch¶y). Mét l−îng ®¸ng kÓ bïn c¸t bÞ xãi mßn tõ
nh÷ng luèng cµy vµ c¸c r·nh ë s−ên dèc th−êng xuyªn bÞ l¾ng ®äng trong
nh÷ng luèng cµy trªn ®−êng bao quanh.Tuy nhiªn, dßng ch¶y däc ®−êng bao
quanh, cuèi cïng tËp trung ë nh÷ng chç tròng. NÕu dung tÝch dßng ch¶y v−ît
qu¸ kh¶ n¨ng chøa cña nh÷ng chç tròng phÝa sau luèng, th× dßng ch¶y ph¸ vì
c¸c thµnh luèng vµ g©y nªn sù xãi mßn r·nh nghiªm träng.
2. Nh÷ng nh©n tè t¸c ®éng chÝnh
a. N−íc tõ th−îng l−u
C¶ dßng ch¶y ®Õn vµ bïn c¸t ®Òu ¶nh h−ëng ®Õn ®éng th¸i cña kªnh.
NÕu t¶i träng bïn c¸t ®Õn v−ît qu¸ kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña dßng ch¶y, th×
x¶y ra sù l¾ng ®äng. NÕu t¶i träng bïn c¸t nhá h¬n kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña
dßng ch¶y th× cã thÓ x¶y ra sù xãi mßn. Trong c¸c kªnh mµ ë ®ã sù l¾ng ®äng
®· x¶y ra tr−íc ®ã trong suèt thêi gian xãi mßn vïng ®Êt cao, s¶n l−îng bïn c¸t
cã thÓ tiÕp tôc cã mét tû lÖ cao sau khi bïn c¸t vïng ®Êt cao bÞ chÆn l¹i (do bïn
c¸t ®· l¾ng ®äng tr−íc ®ã bÞ xãi mßn).
491
- b. Kh¶ n¨ng xãi mßn cña ®Êt
Mét sè lo¹i ®Êt dÔ bÞ xãi mßn h¬n c¶ lo¹i ®Êt kh¸c. H¬n n÷a, kh¶ n¨ng
xãi mßn cña ®Êt bÞ l¾ng ®äng tuú thuéc vµo lo¹i bïn c¸t (mÞn hay th«) vµ tuú
thuéc vµo sù thÊm −ít, hong kh« vµ nÐn chÆt do giao th«ng ®i l¹i. Ngoµi ra
hµm l−îng Èm khi ®Êt bÞ nÐn chÆt vµ thêi gian tõ lÇn cuèi cïng cÊu tróc ®Êt bÞ
ph¸ vì còng ¶nh h−ëng ®Õn kh¶ n¨ng xãi mßn (Grissinger,1966).
c. Kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña ®Êt
Bïn c¸t trong lßng s«ng cã kÝch th−íc cã thÓ tõ kÝch th−íc c¸c h¹t sÐt tíi
kÝch th−íc c¸c h¹t c¸t, vµ tõ c¸c kÕt h¹t tíi c¸c h¹t c¬ b¶n. Mét sè c¸c h¹t
chuyÓn ®éng nh− bïn c¸t ®¸y dÔ bÞ l¾ng ®äng, mét sè lo¹i h¹t kh¸c nh− c¸c h¹t
sÐt, chuyÓn ®éng l¬ löng vµ dÞch chuyÓn ®i mét kho¶ng c¸ch nµo ®ã tr−íc khi bÞ
l¾ng ®äng. H¬n n÷a, mét sè kÕt h¹t cã thÓ bÞ ph¸ vì trong mét qu¸ tr×nh vËn
chuyÓn vµ t¹o ra c¸c h¹t c¬ b¶n.
d. Sù canh t¸c
Sù canh t¸c lµm t¬i ®Êt vµ d−êng nh− lµm cho nã dÔ bÞ xãi mßn h¬n do
dßng ch¶y
e. TÇng kh«ng bÞ xãi mßn
Th«ng th−êng c¸c kªnh trªn thùc tÕ sÏ xãi mßn h−íng xuèng phÝa d−íi
kh«ng s©u h¬n ®é s©u cña luèng cµy b»ng mét dông cô nh− c¸i cµy hay ®Üa. Nã
lµm gi¶m m¹nh sù xãi mßn kªnh khi tr¶i qua c¸c c¬n m−a liªn tiÕp. T−¬ng tù,
líp kh«ng xãi mßn nh−: ®¸ hay kªnh cøng ®· ph¸t triÓn bëi sù xãi mßn chän läc
lµm gi¶m sù xãi mßn trong c¸c kªnh réng h¬n.
f. Líp phñ
Líp phñ thùc v©t trong mét con kªnh lu«n lµm gi¶m lín sù xãi mßn
kªnh. MËt ®é thùc vËt dÇy ®Æc th−êng g©y ra sù l¾ng ®äng. Cá ë cèng tho¸t
n−íc lµ mét vÝ dô ®iÓn h×nh.
g. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kªnh
ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn kªnh trªn ®é cao gÇn s¸t kªnh lµm gi¶m tèc ®é dßng
ch¶y, kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña ®−êng ch¶y gi¶m, kÕt qu¶ lµ cã thÓ s¶y ra sù
l¾ng ®äng. Mét khu vùc bao quanh hay mét cèng ngÇm lµ c¸c vÝ dô cña c¸c
492
- kiÓu thiÕt bÞ khèng chÕ nµy. NÕu thiÕt bÞ khèng chÕ ë d−íi kªnh, headcut cã thÓ
ph¸t triÓn vµ lµm cho sù xãi mßn m¹nh lªn khi nã v−ît lªn phÝa trªn s−ên.
Headcut lµ ®Æc tr−ng tiªu biÓu cho nhiÒu m−¬ng xãi ®Æc biÖt trong c¸c kªnh
cña T©y Nam Iowa (Piest vµ nnk. 1975).
h. §é bÒn v÷ng cña thµnh kªnh
NhiÒu kªnh ®−îc më réng bëi sù bïn ho¸ c¸c thµnh kªnh. Dßng ch¶y
trong kªnh cã thÓ ®µo s©u thµnh kªnh lµm t¨ng ®é Èm trong thµnh, cã thÓ lµm
gi¶m tÝnh bÒn v÷ng cña chóng x¶y ra sù sôt lë s−ên dèc vµ vËt chÊt lë vµo dßng
ch¶y.
Dßng ch¶y cã thÓ mang bïn c¸t nµy ®i nhanh hoÆc nÕu dßng ch¶y kh«ng
®ñ m¹nh ®Ó xãi mßn vµ vËn chuyÓn toµn bé ®Êt ®¸ do sôt lë th× m−¬ng trë nªn
æn ®Þnh (Pust vµ céng sù, 1975).
i. §é cong cña kªnh
Sù xãi mßn m¹nh víi c−êng ®é lín cã thÓ x¶y ra ë nh÷ng chç uèn cong
cña kªnh, ë ®ã c¸c øng suÊt tr−ît cña dßng ch¶y lín (ASCE,1975)
8.2 M« h×nh ho¸ xãi mßn vïng ®Êt cao
M« h×nh ho¸ xãi mßn vïng ®Êt cao ®−a ra mét nhËn ®Þnh vÒ c¸c qu¸
tr×nh xãi mßn kh¸c nhau, vµ b−íc tiÕp theo lµ t×m ra vµ gi¶i c¸c biÓu diÔn to¸n
häc m« t¶ sù xãi mßn vïng ®Êt cao.
8.2.1 TÝnh liªn tôc
Kh¸i niÖm chÝnh trong c¸c m« h×nh xãi mßn vïng ®Êt cao lµ: Tæng l−îng
bïn c¸t ®−îc khèng chÕ bëi tæng l−îng bïn c¸t s½n cã cho vËn chuyÓn bëi qu¸
tr×nh ph¸ vì hay bëi kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña c¸c nh©n tè vËn chuyÓn (Meyer
vµ Wishmeier,1969). H×nh 81 lµ biÓu ®å m« t¶ kh¸i niÖm nµy vµ thùc tÕ lµ mét
d¹ng cña ph−¬ng tr×nh liªn tôc. Ph−¬ng tr×nh liªn tôc th−êng ®−îc sö dông
trong m« h×nh ®éng lùc häc cña sù xãi mßn vïng ®Êt cao lµ (Bennett, 1974):
∂q s / ∂x + ρ s ∂ (cy) / ∂t = D r + D l (8.1)
493
- trong ®ã qs = t¶i träng bïn c¸t (khèi l−îng/1 ®¬n vÞ chiÒu réng x 1 ®¬n vÞ thêi
gian); x = kho¶ng c¸ch däc theo chiÒu dèc; ρs = mËt ®é khèi cña c¸c h¹t bïn c¸t;
c = nång ®é bïn c¸t trong dßng ch¶y: (khèi l−îng bïn c¸t / mét ®¬n vÞ thÓ tÝch
dßng ch¶y); y = ®é dÇy dßng ch¶y; t = thêi gian; Dr = tèc ®é xãi mßn r·nh (khèi
l−îng bÞ xãi mßn /mét ®¬n vÞ diÖn tÝch. mét ®¬n vÞ thêi gian); Dl: tèc ®é ph©n
phèi cña bïn c¸t tõ c¸c vïng r·nh (khèi l−îng/mét ®¬n vÞ diÖn tÝch. mét d¬n vÞ
thêi gian).
Dßng ch¶y vµ bïn c¸t ®−îc thõa nhËn lµ ®−îc ph©n bè ®ång ®Òu qua dèc
vµ v× thÕ sù thay ®æi cña y ®−îc trung b×nh ho¸ vµ qs, Dr,vµ Dl ®−îc biÓu diÔn
trªn toµn bé chiÒu réng hay toµn bé diÖn tÝch l−u vùc mÆc dï c¸c qu¸ tr×nh,
qu¸ tr×nh cã thÓ x¶y ra trªn mét diÖn tÝch ®−îc giíi h¹n. C¸c sè h¹ng ph©n t¸n
®−îc bá qua trong ph−¬ng tr×nh (8.1). Sè h¹ng ∂qs/∂x lµ l−îng bïn c¸t thªm vµ
hay mÊt ®i theo trong kho¶ng c¸ch; ρδ∗∂(Cy)/∂t lµ tèc ®é tÝch tr÷ bïn c¸t trong
®é s©u dßng ch¶y, vµ D0, Dl lµ sù gia t¨ng bïn c¸t tõ dßng ch¶y tíi- Trong mét
sè tr−êng hîp, cã thÓ thõa nhËn r»ng sù chuyÓn ®éng cña bïn c¸t gÇn nh− æn
®Þnh vµ víi thõa nhËn nµy ph−¬ng tr×nh liªn tôc cã d¹ng sau (Custor, 1976;
Foster vµ Huggins 1977, Thomas,1976) chñ yÕu dùa trªn d¹ng liªn tôc ®· ®−îc
biÓu diÔn b»ng h×nh 8.1.
dqs/dx = Dr + Dl (8.2)
Sè h¹ng tÝch tr÷ còng ®−îc bá qua trong ph©n tÝch sù vËn chuyÓn bïn
c¸t ®¸y (Chang vµ Hill, 1976).
8.2.2 Mèi quan hÖ gi÷a l−îng bïn c¸t vµ sù l¾ng ®äng
Thõa nhËn r»ng ®é s©u dßng ch¶y y trong ph−¬ng tr×nh (8.1) lµ ®· biÕt
tõ c¸c tÝnh to¸n thñy v¨n kh¸c. Nh−ng qs, Dr, Dl th× kh«ng thÓ thay ®æi (biÕn
®æi) ®éc lËp. Sù ph¸ vì r·nh (hay l¾ng ®äng) Dr cã thÓ ®−îc gi¶ thiÕt lµ tØ lÖ
thuËn víi hiÖu cña kh¶ n¨ng vËn chuyÓn bïn c¸t vµ t¶i träng bïn c¸t (Foster
vµ Meyer,1975 Suming vµ céng sù 1977)
494
- Dr = α(TC - qs) (8.3)
trong ®ã α = hÖ sè ph¶n nghÞch bËc mét ®èi víi sù l¾ng ®äng (1/ ®¬n vÞ chiÒu
dµi); vµ TC = kh¶ n¨ng vËn chuyÓn cña dßng ch¶y (khèi l−îng trªn mét ®¬n vÞ
chiÒu réng trong mét ®¬n vÞ thêi gian). Fosten vµ Meyer (1972a) ®· viÕt l¹i
ph−¬ng tr×nh xãi mßn nh− sau:
(Dr/Drc) + (qs/Tc) = 1 (8.4)
trong ®ã: Dr = tèc ®é ph¸ vì kh¶ n¨ng cña sù xãi mßn r·nh (khèi l−îng trªn
mét ®¬n vÞ diÖn tÝch trong mét ®¬n vÞ thêi gian). Tèc ®é xãi mßn r·nh cùc ®¹i
®−îc thõa nhËn lµ xÈy ra khi kh«ng cã bïn c¸t. HÖ sè α cho xãi mßn tÝnh b»ng:
Drc/ Tc
Ph−¬ng tr×nh (8.3) vµ (8.4) ®· ®−a ra kh¸i niÖm r»ng t¶i träng bïn c¸t cã
thÓ kh¸c víi kh¶ n¨ng vËn chuyÓn. Sù l¾ng ®äng bëi dßng ch¶y x¶y ra khi t¶i
träng bïn c¸t v−ît qu¸ kh¶ n¨ng vËn chuyÓn. Sù ph¸ vì do dßng ch¶y cã kh¶
n¨ng x¶y ra khi kh¶ n¨ng vËn chuyÓn lín h¬n t¶i träng bïn c¸t. Kh¶ n¨ng ph¸
vì cã thÓ ®Þnh nghÜa dùa trªn c¬ së c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa ph−¬ng nh−ng tèc ®é ph¸
vì thùc tÕ phô vµo møc ®é bï vµo sù thiÕu hôt cña t¶i träng bïn c¸t so víi kh¶
n¨ng v©n chuyÓn.
C¸c ph−¬ng tr×nh (8.3) vµ (8.4) thÝch hîp víi hÇu hÕt víi sù l¾ng ®äng
cña t¶i träng bïn c¸t l¬ löng. N¨m 1968 Einstein ®· sö dông c¸c ph−¬ng tr×nh
(8.3) vµ (8.4) thÝch hîp cho sù l¾ng ®äng cña bïn l¬ löng vµ sái ®¸y trong dßng
ch¶y kªnh vµ còng ®−îc Foster vµ Huggins (1977), Davis (1978) sö dông cho
l¾ng ®äng cña c¸c dßng ch¶y trµn. C¸c ph−¬ng tr×nh thÝch hîp yÕu h¬n víi sù
xãi mßn mÆc dï n¨m 1970, Apmar vµ Runner ®· chØ ra mét ¶nh h−ëng t−¬ng
tù tíi sù xãi mßn vµ sù l¬ löng cña bïn c¸t kh«ng dÝnh. C¸c ph−¬ng tr×nh lµ
mét sù ®¬n gi¶n ho¸ cña ph−¬ng tr×nh liªn tôc ®Çy ®ñ h¬n cã thµnh phÇn ph©n
t¸n.
495
- B¶ng 8.1 C¸c gi¸ trÞ quan tr¾c cña hÖ sè ph¶n nghÞch l¾ng ®äng α cho Dr = α(TC - qs)
(nguån t− liÖu tõ Foster vµ Huggins, 1977; vµ Davis, 1978)
Lo¹i h¹t §−êng kÝnh Träng l−îng L−îng m−a Kho¶ng gi¸ trÞ
h¹t bïn c¸t riªng m« pháng, α
30mm/h
(µm) (m-1)
C¸t 342 2.59 No 13 ÷ 33
C¸t 342 2.59 Yes 3 ÷ 13
C¸t 150 2.59 No 13 ÷ 33
C¸t 150 2.59 Yes 3 ÷ 13
Than ®¸ 342 1.55 No ≅ 13
Than ®¸ 342 1.55 Yes ≅3
Than ®¸ 156 1.65 No ≅ 13
Than ®¸ 156 1.65 Yes ≅3
Trªn c¬ së nghiªn cøu trong phßng thÝ nghiÖm cña Toller vµ céng sù
(1976) vÒ sù l¾ng ®äng trong cá nh©n t¹o thÊy r»ng α t¨ng khi:
(1) sè Reynold t¨ng dùa trªn kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®inh (nã biÓu thÞ cho
sù t¨ng chuyÓn ®éng rèi vµ gi¶m sù l¾ng ®äng)
(2) tèc ®é r¬i gi¶m (biÓu thÞ cho sù l¾ng ®äng chËm h¬n vµ do ®ã bÞ gi÷
l¹i h¬n trong mét kho¶ng cho tr−íc).
(3) l−u l−îng dßng ch¶y t¨ng (biÓu thÞ r»ng mét l−u l−îng lín h¬n lµm
gi¶m thêi gian l¾ng ®äng)
Foster vµ Huggins (1977) vµ Davis (1978) ®· nhËn ra r»ng α gi¶m khi
c¸c h¹t dÔ ë tr¹ng th¸i l¬ löng xuÊt hiÖn khi h¹t cã tèc ®é r¬i nhá vµ khi cã hiÖn
t−îng rèi do t¸c ®éng cña h¹t m−a. Sù gi¶m α chØ ra r»ng c¸c h¹t di chuyÓn xa
h¬n tr−íc khi chóng l¾ng ®äng.
C¸c gi¸ trÞ quan tr¾c tõ thùc nghiÖm sù l¾ng ®äng do dßng ch¶y trµn cña
Foster, Huggins vµ Davis ®−îc ®−a ra trong b¶ng (8.1).
Xem xÐt c¸c sè liÖu nµy vµ kÕt qu¶ cña Enstein vÒ sù l¾ng ®äng cña bïn
bëi dßng ch¶y trong kªnh, ph−¬ng tr×nh sau d−êng nh− thÝch hîp ®Ó −íc l−îng
α cña sù l¾ng ®äng bëi dßng ch¶y mÆt:
496
- α = 0.5 Vs/q (8.5)
trong ®ã Vs = tèc ®é r¬i vµ q= l−u l−îng trªn mét ®¬n vÞ bÒ réng
8.2.3 Sù t¸c ®éng qua l¹i gi÷a sù ph¸ vì r·nh, liªn r·nh vµ t¶i träng bïn c¸t
Tr−íc khi m« t¶ ¶nh h−ëng cña t¶i träng bïn c¸t lªn sù ph¸ vì r·nh, th×
sù ph¸ vì liªn r·nh vµ mèi liªn hÖ cña nã víi t¶i träng bïn c¸t cÇn ®−îc xem
xÐt.
ë nh÷ng vïng mµ dßng ch¶y ®ang lµm l¾ng ®äng bïn c¸t trªn mét diÖn
tÝch réng nh− ë ch©n s−ên lâm, mét gi¶ thiÕt logic lµ sù ph¸ vì liªn r·nh kh«ng
x¶y ra. Tuy nhiªn, khi c¸c m« h×nh ®−îc viÕt tæng qu¸t, sù l¾ng ®äng nµy
kh«ng thÓ ph©n biÖt víi sù l¾ng ®äng mµ x¶y ra th−êng xuyªn ë gi÷a c¸c r·nh,
®Æc biÖt nÕu c¸c r·nh trªn mét s−ên ph¼ng. Trong ch−¬ng nµy, sù ph¸ vì liªn
r·nh vµ ph©n bè lu«n ®−îc thõa nhËn lµ hoµn toµn kh«ng bÞ ¶nh h−ëng bëi sù
l¾ng ®äng bëi dßng ch¶y. NÕu kh«ng cã c¬ chÕ ®Ó ®−a c¸c h¹t vµo trong dßng
ch¶y, hÇu hÕt c¸c quan hÖ vËn chuyÓn cã mét øng suÊt nhít tíi h¹n sÏ ®¸nh
gi¸ thÊp t¶i träng bïn c¸t. Do ®ã sù ph©n bè liªn r·nh ®−îc thõa nhËn x¶y ra
víi tèc ®é kh¶ n¨ng cña nã vµ ®−a bïn c¸t liªn r·nh vµo dßng ch¶y. NÕu dßng
ch¶y kh«ng ®ñ kh¶ n¨ng vËn chuyÓn, bïn c¸t liªn r·nh nµy sÏ bÞ l¾ng ®äng víi
tèc ®é ®−îc m« t¶ b»ng ph−¬ng tr×nh (8.3).
MÆc dï ph−¬ng tr×nh (8.3) ®−a ra ®Ó m« t¶ sù l¾ng ®äng chËm cu¶ c¸c
h¹t nhá, quan hÖ ®ã nãi chung kh«ng yªu cÇu m« t¶ sù ph¸ vì r·nh cho ®Êt kÕt
dÝnh. V× sù xãi mßn r·nh cña ®Êt kÕt dÝnh cã xu h−íng ®−îc ph©n bè t¹i mét
headcut vµ flowchute (Meyer et al 1978a). Ph¸ vì r·nh ®−îc gi¶ thiÕt x¶y ra
víi tèc ®é kh¶ n¨ng, ngo¹i trõ mét sè giíi h¹n ®Ó tr¸nh nh÷ng kÕt qu¶ v« nghÜa
(Foster 1976). NÕu t¶i träng bïn c¸t nhá h¬n kh¶ n¨ng vËn chuyÓn, sù ph¸ vì
r·nh bÞ giíi h¹n bëi møc ®é nhá h¬n mµ bï vµo phÇn thiÕu hôt cña kh¶ n¨ng
vËn chuyÓn, hay kh¶ n¨ng ph¸ vì r·nh. Ngoµi ra, sù ph¸ vì bëi dßng ch¶y bëi
dßng ch¶y kh«ng ®−îc tÝnh ®Õn khi sù l¾ng ®äng ®ang x¶y ra.
497
- 8.2.4 Gi¶i hÖ ph−¬ng tr×nh
Kh«ng cã lêi gi¶i chung cho c¸c ph−¬ng tr×nh (8.1)- (8.4). V× vËy trong
hÒu hÕt tr−êng hîp tæng qu¸t, cã thÓ gi¶i b»ng ph−¬ng ph¸p sè trÞ. Tuy nhiªn,
trong vµi tr−êng hîp cho c¶ c¸c ®iÒu kiÖn æn ®Þnh vµ kh«ng æn ®Þnh cã thÓ cã
vµi lêi gi¶i gi¶i tÝch. Ngoµi ra, c¸c bµi to¸n phøc t¹p cã thÓ ®−îc rót ngän ®−a
vÒ d¹ng cã thÓ ¸p dông ®−îc ph−¬ng ph¸p gi¶i ph©n tÝch. VÝ dô, mét s−ên dèc
phøc t¹p cã thÓ xÊp xØ (lÊy gÇn ®óng) b»ng mét d·y c¸c s−ên dèc ®ång nhÊt ®·
cã lêi gi¶i nÕu thõa nhËn c¸c ®iÒu kiÖn æn ®Þnh vµ b¸n æn ®Þnh. C¸c lêi gi¶i gi¶i
tÝch ®«i khi cã thÓ ®−îc ¸p dông tõng lóc ®Ó c¸c phÐp tÝch cã hiÖu qu¶ h¬n vµ cã
®é chÝnh x¸c cao h¬n. Ngoµi ra ph−¬ng ph¸p gi¶i gi¶i tÝch cung cÊp cho ta mét
ph−¬ng ph¸p kiÓm tra ph−¬ng ph¸p gi¶i sè trÞ.
Kh«ng kÓ ®Õn ®Õn bµi to¸n æn ®Þnh hay mang tÝnh ®éng lùc, c¸c biÕn ®éc
lËp cho c¸c ph−¬ng tr×nh (8.1)- (8.4) lµ ®é s©u dßng ch¶y y; tèc ®é ph©n phèi
liªn r·nh Dl, kh¶ n¨ng ph¸ vì xãi mßn r·nh: Drc; vµ kh¶ n¨ng vËn chuyÓn Tc.
Ph©n tÝch thuû v¨n häc cung cÊp ®é s©u dßng ch¶y. C¸c quan hÖ víi c¸c biÕn
kh¸c sÏ ®−îc bµn ®Õn trong phÇn sau.
1. C¸c ®iÒu kiÖn æn ®Þnh s−ên dèc ®ång nhÊt
a. L¾ng ®äng d−íi t¸c ®éng qua l¹i gi÷a c¸c t¶i bïn c¸t vµ kh¶ n¨ng vËn
chuyÓn:
Lêi gi¶i cho c¸c ph−¬ng tr×nh (8.2) vµ (8.3) trong c¸c ®iÒu kiÖn æn ®Þnh,
mét ®o¹n ®ång nhÊt, vµ h»ng sè α vµ dTc/dx trªn ®o¹n ®ã lµ: (Foster vµ Meyn
1975)
Dr = (dTc/dx - Dl) + C' exp (-αx) (8.6)
trong ®ã: C’ = h»ng sè tÝch ph©n ®−îc x¸c ®Þnh tõ
C' = [Dru - (dTc/dx - Dl)] . exp (αxu) (8.7)
trong ®ã : Dru = tû lÖ ®· biÕt cña Dr t¹i xu, cã thÓ −íc l−îng b»ng
498
nguon tai.lieu . vn
